科學史上的方法論之爭

自現代科學的先驅伽利略以來，自然科學就像安裝了超能加速引擎，開始以一種勢不可擋的勢態突飛猛進。令人印象深刻的是，相比於伽利略之前幾乎停滯的一千年，近四百年間科學的發展速度變得越來越快，理論更新的周期越來越短，對自然的認識也越來越深入。新的發現，新的成果層出不窮，看似科學具有無限進步的可能性。而這種樂觀信念從牛頓時代起就已深入人心，有誰能想像科學會在某天停下腳步呢？如果不是因為常在災難或者科幻電影里描述的原因，比如核戰爭，外星人進攻，機器人反叛等等。 這種轉變源自一場科學方法的革命。16與17世紀之交是現代科學的起點。培根【Francis Bacon ，1561—1626】、伽利略【Galileo Galilei，1564-1642】、笛卡爾【Rence Descartes,1596～1650】是現代科學得以起飛最重要的三位思想家。他們確立了現代科學的基本方法，其中培根與伽利略兩位實驗科學的鼻祖，提出了實驗科學的經驗主義原則，強調實驗觀察的重要性。而唯理主義的奠基人笛卡爾提出了唯理主義的方法論，強調邏輯推導的重要性。四百年來奠基於兩種方法論的堅實基礎之上，科學才高歌猛進，飛速前進。 不過對於它們生活的啟蒙運動時期來說，實驗科學的經驗主義原則在科學方法論上更有革命性的意義。在培根與伽利略之前的一千年中，亞里士多德的形而上學（主要是形式邏輯）方法一直是科學的圭臬。與笛卡爾的唯理主義一樣，形而上學也輕視經驗和實證（柏拉圖主義更加極端）。對於科學的進步，儘管重視邏輯推導的唯理主義對後來的科學來說至關重要，但在現代科學始創的17世紀之初，唯理主義的極端反經驗研究，反倒是科學進步的思想障礙。 比如笛卡爾有句名言「我思故我在」，按照他的方法論，「科學家只需要邏輯規則並相信上帝存在「，也就是說，他認為科學家只需呆在家中，通過理性思考就可以推導出自然規律。顯然這一信條與實驗科學的基本原則相悖。與之形成鮮明對照，經驗主義者培根則重視經驗事實和歸納邏輯，他說：所有一切都基於對自然現象的無盡觀察。按照培根的經驗主義方法論原則，科學家應該儘力去收集大自然的事實，然後根據事實推導出自然定律。顯然這更符合現代科學的特徵。培根這一思想在17世紀具有劃時代的革命性，馬克思尊稱培根為「實驗科學的真正鼻祖」，羅素尊稱培根為「給科學研究程序進行邏輯組織化的先驅」。 17世紀的玻意耳【Robert Boyle，1627一1691】與霍布斯【Thomas Hobbes，1588～1679】之爭，也可以說明當時唯理主義方法論在科學上的反進步特徵。近代化學的始創者玻意耳是當時英國著名的化學家，馬克思有言曰：「玻意耳把化學確立為科學」，而霍布斯則是位影響深遠的哲學家。當時玻意耳研究了氣體的體積與壓強之間的關係，從他的數據得出了我們現在熟知的玻爾意耳定律。而他所用的方法正是實驗法。 在他的實驗室中，玻意耳用空氣泵產生得以進行氣體實驗的真空，從而允許他在不同的壓強下進行實驗。這種實驗遵照一定的步驟和程序，可以被其他任何人所觀察，同時其他人只要有他那樣的儀器，也可以重複玻意耳的實驗。正如現在我們所熟知的，這正是現代科學所遵循的可檢驗性與可重複性原則，有效地排除了主觀個人價值偏好的影響，為科學研究建立起客觀基礎。訴諸經驗事實來確立自然規律，並且實驗是檢驗真理的唯一標準，這種經驗主義的方法論在當時卻遭到了哲學家霍布斯的猛烈抨擊。 在此有必要指出，我們今天稱之為科學的東西在啟蒙運動時期（17世紀）仍屬於哲學的範疇，科學在當時也稱作自然哲學。所以毫不奇怪，諸如靈魂的存在，意志的自由，上帝的存在之類的哲學問題，在17世紀也是科學家所關注的領域。而物體的運動，宇宙的構成，生命的本質這些科學問題，在當時也是哲學家研究的主題。哲學家霍布斯把自己的方法論應用到自然科學上，也就不難理解了。事實上，霍布斯對物體的運動很有興趣，他確實曾構想出一套物理運行的原理。 但霍布斯的方法論卻像亞里士多德的形式邏輯一樣古老，與玻意耳的實驗原則截然不同，在霍布斯看來，「真空」是一個形而上學概念，玻意耳確立自然定律的做法（經驗主義方法論即實驗法）沒有哲學上的合理性，並且指責玻意耳的實驗依賴精心構造的儀器和其他人的見證，而不是合理的思考。霍布斯在這點上與笛卡爾一樣，認為只有合理的推理才是重要的，經驗事實不可靠而且瞬息萬變，不能從它們之中得出自然真理。科學方法論上的這種唯理主義觀念繼承自古希臘哲學，尤其是柏拉圖。而經驗主義，實驗方法在啟蒙運動早期則是新生事物。 經驗現象確實給人一種瞬息萬變的形象。針對於此，唯理主義方法論認為要想發現自然真理，只能依靠理性思考，而不能依靠不可靠的經驗。而經驗主義方法論則認為，自然的真理藏於經驗現象的深處，只靠邏輯推導不能發現自然規律。唯理主義徹底排斥經驗，而經驗主義則為了克服經驗現象的多變性，藉助了適當的觀察程序，比如要求實驗的可檢驗性和可重複性，從而最大可能地排除干擾變數，發現背後的規律性。由此可見，在科學方法論上，唯理主義與經驗主義的根本分歧在於：前者認為科學發現來自於理性推導，而後者認為科學發現來自於對自然現象的客觀觀察。 經驗主義也絕不會反對理性推導、數學方法是科學研究最重要的工具，但就像唯理主義所主張的那樣，單憑數學推導就能發現自然定律這卻不是科學研究的事實。絕大多數的科學研究都是建立在實驗觀察的基礎之上。關於此，物理學家楊振寧有這樣一個模型【見下圖】。他認為物理髮現通常自實驗（1）開始，即自研究現象開始，經過唯象理論（2），再到理論架構（3）。雖然從數學（4）直接到理論架構（3）的情況也存在，最著名的恐怕就是狄拉克方程（在其構造電子波動方程中，幾乎完全是從數學出發最終導出了驚人的物理結論）與麥克斯韋方程了，但這卻是科學研究中極少的特例。┏━━━━━┓┃ 實 驗 ┃ （1）┗━┯━┯━┛↑ ↓┏━┷━┷━┓┃ 唯象理論 ┃ （2）┗━┯━┯━┛↑ ↓┏━┷━┷━┓┃ 理論構架 ┃ （3）┗━┯━┯━┛↑ ↓┏━┷━┷━┓┃ 數 學 ┃ （4）┗━━━━━┛圖1 物理學的三個領域 （圖轉自楊振寧《美與物理學》） 16與17世紀之交的這場方法論之爭，最終的結果是確立了經驗主義的實驗觀察在科學研究中的重要地位。【未完待續】
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